热稳定的组合物及其在钻井液中的应用的制作方法

专利名称：热稳定的组合物及其在钻井液中的应用的制作方法
热稳定的组合物及其在钻井液中的应用
背景技术：
自从在美国开始油井钻探操作之初就已经使用了钻井液，钻井液及其化学已经并 仍然是科学和化学研究的重要领域。钻井液的某些使用和所需性质综述在US专利申请 2004/0110642和US专利6，339，048和6，462，096中，由本申请的代理人传承下去，其公开 的全部内容在此全文引入作为参考。然而，油井钻探环境的要求需要不断改善温度稳定性。这个变得非常实际，例如， 因为寻找新的石油源涉及大量需要在深水区域内探测并使用卧式钻床技术。

发明内容
根据一些实施方式，组合物包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(i)具有至少 两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和选自(i)烷 氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。在一些实施方式中，胺是醚胺。在一些实施方式中，组合物包括有机粘土。在一些实施方式中，该组合物包括(1)具有两个或更多的胺官能团的聚胺、(2) 具有至少两个羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反应产物。在其它的实施方式 中，该组合物包括(1)具有至少两个羧基部分的羧酸、(2)具有两个或更多的胺官能团的 聚胺、(3)烷氧基化的烷基胺和(4)脂肪酸酰胺的反应产物。根据本发明的实施方式，油基钻井液包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(i) 具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和 选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品的混合物。在 一些实施方式中，该钻井液包含一种或更多的乳化剂。在一些实施方式中，当钻井液被加热到约300° F并随后冷却时，钻井液在温度 约120° F-约40° F的范围内保持流变活性。在一些实施方式中，在温度约300° F-约 40° F的范围内，钻井液表现为基本上保持不变的流变曲线，或在一些实施方式中，在温度 约120° F-约40° F的范围内。在一些实施方式中，在温度超过约120° F-约40° F的 范围内，钻井液的高剪切速度的粘度变化小于约90%。根据一些实施方式，组合物包括醚胺和多官能异氰酸酯的反应产物、和有机粘土。根据一些实施方式，油基钻井液包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物。根据一些实施方式，当钻井液被加热到温度到大约300° F然后冷却时，在温度约 120° F-约40° F范围内在低剪切速度下钻井液保持流变活性的方法，包括向钻井液中加 入钻井液添加剂，其中钻井液添加剂包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(i)具有至少 两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和选自(i)烷 氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。根据一些实施方式，在温度为约120° F-约40° F的范围内使钻井液的流变曲线 基本上不变的方法包括，向钻井液中加入钻井液添加剂，其中钻井液添加剂包括胺和多官 能异氰酸酯的反应产物，(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合 物的化学制品。
具体实施例方式在一个实施方式中，根据本发明的组合物可以包括胺和多官能异氰酸酯的反应产 物。在一些实施方式中，该组合物用作钻井液添加剂。在一些实施方式中，该钻井液添加剂 包括(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应 产物，和选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。该 钻井液也可以包括有机粘土。在一些实施方式中，将该钻井液添加剂加入到钻井液中改善 了钻井液的温度稳定性并拓宽了钻井液的操作温度范围。在一些实施方式中，加入了钻井液添加剂的油基钻井液在高于250° F时温度不 稳定，其中所述添加剂包括，(a)(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更 多的胺官能团的聚胺的反应产物，和(b)选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和 (iii)其混合物的化学制品。当温度接近250° F时，所述钻井液可能显示出重大的粘度降。 在一些实施方式中，加入了本发明的钻井液添加剂的油基钻井液将温度稳定的极限拓展至 大于约300° F，结果导致在约300° F-约40° F的范围内基本上不变的流变曲线。反应产物A根据一些实施方式，钻井液添加剂的组分包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物。 在一些实施方式中，反应产物是聚脲产物。在一些实施方式中，胺包括醚胺。适合的醚胺的例子公开在US专利6，555，614 (第 5栏，第44-56行)中，其公开的内容在此全文引入作为参考。适合的醚胺的例子包括， 但不局限于，包括2-(2_氨基乙氧基)乙胺、2-[2-(2_氨基乙氧基)乙氧基]乙胺、 2-{2-[2-(2_氨基乙氧基)乙氧基]乙氧基}乙胺的分子量为约104-约2000的聚氧乙烯二 胺，包括2-(2_氨基丙氧基)-1_甲基乙基胺、2-[2-(2_氨基丙氧基)-1_甲基乙氧基]-1-甲 基乙基胺、2-{2-[2-(2_氨基乙氧基)-1_甲基乙氧基]-1-甲基乙氧基}-1_甲基乙基胺的 分子量为约132-约2000的聚氧丙烯二胺，聚氧乙烯二胺和聚氧丙烯二胺的共聚物，以及 双_ (3-氨基丙基)-醚、1，2-双-(3-氨基丙氧基)-乙烷或1，3-双-(3-氨基丙氧基)-2， 2-二甲基丙烷。在一些实施方式中，多官能的异氰酸酯的通式为OCN-R’ -NCO0上述多官能 异氰酸酯的例子公开于US专利6，683，151(第3栏，第30-49行)中和US专利申请 2002/0077444A1 (第W021]段)中，其公开的内容在此全文引入作为参考。在一些实施 方式中，适合的异氰酸酯具有至少两个这样的官能团，例如，二异氰酸酯、1，4_ 二异氰酰 基-4-甲基-戊烷、1，5_ 二异氰酰基-5-甲基己烷、3(4)-异氰酰基甲基-1-甲基环己基 异氰酸酯、1，6_ 二异氰酰基-6-甲基-庚烷、1，5_ 二异氰酰基-2，2，5-三甲基己烷和1， 7- 二异氰酰基_3，7- 二甲基辛烷、或1-异氰酰基-1-甲基-4- (4-异氰酰丁 -2-基)环己 烯、1-异氰酰基-1，2，2-三甲基-3- (2-异氰酰基-乙基)_环戊烷、1-异氰酰基-1，4- 二 甲基-4-异氰酰甲基-环己烷、1-异氰酰基-1，3- 二甲基-3-异氰酰甲基-环己烷、1-异 氰酰基_正丁基-3- (4-异氰酰基丁 -1-基)_环戊烷和1-异氰酰基-1，2- 二甲基-3-乙 基-3-异氰酰甲基-环戊烷、3 (4)-异氰酰甲基-1-甲基环己基异氰酸酯(IMCI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、亚甲基二环己烷4，4_ 二异氰酸酯、异氟尔 酮二异氰酸酯(IPDI)、己烷二异氰酸酯(HDI)及其类似物。根据一些实施方式，适合的异氰酸酯包括，但不局限于，四亚甲基二异氰酸酯、1， 6_ 二异氰酰基己烷、1，6_六亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、环己烷-1，3-和1， 4_ 二异氰酸酯、1-异氰酰基-3-异氰酰甲基-3，_5，5-三甲基环己烷(=异氟尔酮二异氰 酸酯)、双-(4-异氰酰基环己基)甲烷(=氢化的MDI)、2_和4-异氰酰基环己基-2’-异 氰酰基环己基甲烷、1，3_和1，4_双-(异氰酰甲基)-环己烷、双-(4-异氰酰-3-甲基环 己基)甲烷、1，3_和1，4_四甲基二甲苯胺二异氰酸酯、2，4_和/或2，6_ 二异氰酰甲苯、2， 2’ -，2，4’ -和/或4，4’ - 二异氰酰二苯甲烷，1,5-萘二异氰酸酯、ρ-和m_苯二异氰酸酯、 二甲苯二异氰酸酯、二苯基-4，4’_ 二异氰酸酯、碳二亚胺改性的液态MDI、聚合的MDI、及其 类似物。在一些实施方式中，在那些已经使用了添加剂的体系中为了稳定流变曲线，反应 产物使聚脲钻井液添加剂在较宽的温度范围内延伸为基本上不变的流变曲线。根据一个实 施方式，聚脲反应产物与描述于US专利申请2004/0102332A1中的组合物组合，其公开的内 容在此全文引入作为参考。在另一个实施方式中，聚脲反应产物与1)具有两个或更多的胺 官能团的聚胺和至少有两个羧基部分的羧酸的反应产物，和2)烷氧基化的胺和/或脂肪酰 胺及其混合物组合。加工处理的胺和多官能异氰酸酯的具体物质是大家熟知的，并可以用于制备加入 到钻井液添加剂中的反应产物。在一些实施方式中，胺和多官能异氰酸酯的摩尔比为约 4 1-约0.5 1。在一些实施方式中，胺和多官能异氰酸酯的摩尔比为约3 1-约1 1。 在其它实施方式中，胺和多官能异氰酸酯的摩尔比为约2 1-约1 1。在一些实施方式中，胺和异氰酸酯的反应可能会形成沉淀。在一些实施方式中，可 以过滤沉淀，并用甲醇洗涤，并干燥。反应产物B在一些实施方式中，钻井液添加剂包括(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和 (ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物。在一些实施方式中，反应产物的组分 也包括选自(i)烷氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。鍾任何具有至少两个羧基部分的羧酸都可以用于制备钻井液添加剂的组分的反应 产物。在一些实施方式中，羧酸是二聚酸。在一些实施方式中，该羧酸包括C16和/或C18脂 肪酸的二聚体。在某些实施方式中，上述二聚羧酸是完全氢化的、部分氢化的、或完全没有 氢化的。在一些实施方式中，二聚羧酸包括来自C16-C18W不饱和脂肪酸的二聚产物。在一些实施方式中，二聚羧酸具有平均约18-约48个碳原子。在一些实施方式中， 二聚羧酸具有平均约20-约40个碳原子。在一些实施方式中，二聚羧酸具有平均约36个 碳原子数。适合的二聚羧酸可以由C18脂肪酸制备，例如油酸。适合的二聚酸的例子描述于US 专利 2，482，760,2, 482，761,2, 731，481,2, 793，219,2, 964，545,2, 978，468,3, 157，681 和 3，256，304中，其公开的内容在此全文引入作为参考。适合的二聚酸的例子包括从Cognis公司获得的Empol 产品线(例如Empol
61061)，和从 Uniquma 获得的Pripol 二聚酸(例如Pripol 1013)。许多市场上可以买到的脂肪酸二聚物包括单酸、二聚酸和三聚酸的混合物。在 一些实施方式中，脂肪酸二聚体具有特定的二聚物含量，因为单体和三聚体浓度增大会阻 碍添加剂的性能。在一些实施方式中，商品是蒸馏过的或其它方法处理过的以保证某些 合适的二聚物的含量。在一些实施方式中，适合的二聚酸具有的二聚体的含量至少约为 80%。在一些实施方式中，适合的二聚酸具有的二聚物的含量至少约为90%。适合的二聚 酸的例子包括EmpOl 1061，其具有的二聚酸的含量为92. 5% -95. 5%，三聚酸的含量为 1. 5% -3. 5%和单酸的含量为2.5% -5.0%。碰根据一些实施方式，聚胺具有两个或更多的胺官能团用于制备可以加入到钻井液 添加剂中的反应产物。在一些实施方式中，使用来自聚乙烯聚胺族的具有两个或更多的胺 官能团的聚胺。二胺、三胺和聚胺和其组合可以适合使用在钻井液添加剂中。上述胺的例子可以 包括乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基戊胺和其它该系列的组分。在一些实 施方式中，使用支链的聚胺和由不同烷基制备的聚胺。在一些实施方式中，适合的三胺是二亚乙基三胺(DETA)。DETA分配的CAS号为 111-40-0 并可以从 Huntsman International 上买到。附加的组分在一些实施方式中，反应产物组分也包括至少一种(i)烷氧基化的烷基胺、(ii) 脂肪酸酰胺及(iii)其混合物。适合的烷氧基化的烷基胺和脂肪酸酰胺将在以下详细描 述。制备反应产物加工处理的聚胺和羧酸的具体物质是大家熟知的，并可以用于制备加入到钻井液 添加剂中的反应产物。在一些实施方式中，胺官能团和羧基官能团的摩尔比为约4 1-约 1 1。在一些实施方式中，胺官能团和羧基官能团的摩尔比为约1.5 1-约3 1。在一 些实施方式中，胺官能团和羧基官能团的摩尔比为约2 1。例如，可以使用多于一种二聚 酸和/或多于一种聚胺的混合物。在一些实施方式中，这些反应可以产生咪唑啉和其它副 产物。组分C烷氧基化的烷基胺在一些实施方式中，将适合烷氧基化的烷基胺混入或混合入由上述的羧酸和聚胺 的反应得到的反应产物和/或上述的胺和多官能异氰酸酯反应得到的反应产物中。在一些 实施方式中，将适合的烷氧基化的烷基胺直接加入到钻井液中。在其它的实施方式中，适合 的烷氧基化的烷基胺与羧酸和聚胺反应形成反应产物。在其它的实施方式中，适合的烷氧 基化的烷基胺与羧酸、聚胺和脂肪酸酰胺反应形成反应产物。许多烷氧基化的烷基胺合适于钻井液添加剂。可以使用任何烷氧基化的胺或类似 的衍生的胺。适合的烷氧基化的胺可以包括各种烷氧化程度的胺。使用的化学制品的例子 包括，但不局限于，Akzo Nobel 的全线产品EthQmeen 、Propomeen .和;Ethoduomeen 。
在一些实施方式中，适合的胺包括每分子具有最多约50个烷氧单元的胺(例如， Ethomeen 18/60)。在一些实施方式中，适合的胺包括具有最多约15-25个烷氧单元的胺 (例如Ethomeen C/25、T/25、S/25、18/25、Ethoduomeen Τ/25)。在其它的实施方式 中，适合的胺包括具有最多约10个烷氧单元的胺(例如，Propomeen c/12、0/12、τ/12 ；
Ethoduomeen Τ/13、Τ/20 ；Ethomeen C/12、C/15、C/20、0/12、0/15、T/12、T/15、S/12、 S/15、S/20、18/12、18/15 和 18/20)。在一些实施方式中，适合的胺包括聚氧乙烯(5)可可烷基胺，可获得的，例如，来 自 Akzo Nobel (New Brunswick, N. J.)的商标名为 Ethomeen C/15。Ethomeen C/15 的 通式为 RN[ (CH2CH2O)m(CH2CH2O)nH],其中 R 是可可烷基，且 m+n = 5。任选的，烷氧基化的胺可以在羧酸和聚胺的反应之前加入，或在反应步骤后混入。 如果在反应前或在反应温度下加入，在二聚酸羧基和烷氧基胺羟基之间可能会形成一些 醚。在一些实施方式中，反应产物和烷氧基化的烷基胺以反应产物和烷氧基化的烷基 胺以重量比为约95 5-约5 95的比例混合或混入。在一些实施方式中，反应产物和烷 氧基化的烷基胺以反应产物和烷氧基化的烷基胺以重量比为约80 20-约30 70的比 例混合或混入。在一些实施方式中，反应产物和烷氧基化的烷基胺以反应产物和烷氧基化 的烷基胺以重量比为约55 45的比例混合或混入。脂肪酸酰胺任选的，可以加入附加成分例如脂肪酰胺和相关的烷氧基化的衍生物，或与上述 的反应产物反应。在一些实施方式中，向由上述的羧酸和聚胺反应制备的反应产物和/或 上述的胺和多官能异氰酸酯反应制备的反应产物中混入或混合入适合的脂肪酰胺。在一些 实施方式中，将合适的脂肪酰胺直接加入到钻井泥浆中。在其它的实施方式中，适合的脂肪 酰胺与羧酸和聚胺反应形成反应产物。在其它的实施方式中，适合的脂肪酰胺与羧酸、聚胺 和脂肪酸酰胺反应形成反应产物。在一些实施方式中，适合的脂肪酰胺是那些微溶于钻井液中的脂肪酸的酰胺。在 一些实施方式中，适合的脂肪酰胺包括在钻井泥浆中微溶的那些高温可融的脂肪酸酰胺， 例如由Akzo Nobel生产线生产的Armid 。在一些实施方式中，烷氧基化的脂肪酰胺，例如 可以使用Akzo Nobel产品线的Ethomid 。例如，适合的烷氧基化的脂肪酰胺可以包括在 油酸酰胺中具有7摩尔的EO的Ethomid 0/17。钻井液的制备在一些实施方式中，根据本发明的组合可以用作油基钻井液的添加剂。在一些实 施方式中，根据本发明的组合物可以用作用于各种钻探发明的油基反相钻井液的添加剂。术语油基钻井液被定义为其连续相是基于烃的钻井液。配制具有大于5%的水或 盐水的油基钻井液可以归类为油基反相乳化钻井液。在一些实施方式中，当不连续相以任 何比例直到约50%时，油基反相乳化钻井液可以包含水或盐水。根据一些实施方式，制备反相乳化钻井液(油基泥浆)的方法包括利用混合装置 合并单一组分配制那些液体。在一些实施方式中，在适中的搅拌下，将主要的和次要的乳化 剂和/或润湿剂(表面活性剂混合物)加入到基础油(连续相)中。水相，通常是盐水，可
8以与碱度调节剂和酸性气体净化剂一起加入到基础油/表面活性剂混合物中。在一些实施 方式中，也可以包括流变添加剂和防滤失材料、增重剂和抗腐蚀化学制品。也可以持续搅拌 以保证每个组分的分散和合成的流化混合物的均勻。根据一些实施方式，柴油、矿物油、合成油、植物油、鱼油、石蜡、和/或酯基油都可 以以单组分或混合物使用。盐水的含量在一些实施方式中，盐水形式的水经常用于形成钻井液的内相。根据一些实施方 式，水可以被定义为其可包含约百万分之10-350，000份的金属盐的水溶液，例如锂、钠、 钾、镁、铯或钙盐。在一些实施方式中，用于形成根据本发明的钻井液的内相的盐水也会包 含按重量计大约5% -35%的氯化钙，和包含不同数量的其它溶解的盐，例如碳酸氢钠、硫 酸钠、乙酸钠、硼酸钠、氯化钾、氯化钠或甲酸盐(例如钠、钙或铯)。在一些实施方式中，乙 二醇或甘油可用于代替盐水或加入到盐水中。在一些实施方式中，在根据本发明的乳剂中的水(盐水)与油的比率可以尽可能 地提供高含量的盐水而仍然保持稳定的乳状液。在一些实施方式中，合适的油/盐水的比 率可在约97 3-约50 50之间。在一些实施方式中，优选油/盐水的比率依赖于具体 的油和泥浆的重量。根据一些实施方式，根据本发明的教导制备的钻井液的含水量可以为 水溶液(水)的含量约0-50体积百分数。有机粘土在一些实施方式中，钻井液添加剂包括有机粘土。根据一些实施方式，将由膨 润土、锂蒙脱土和山软木土中的至少一个制备的有机粘土加入到钻井液添加剂中。除了 Elementis Specialties' BENTONE ,产品线之外，还有许多上述粘土的供应者，包括 Rockwood Specialties Inc.禾口 Sud ChemieGmbH0乳化剂根据一些实施方式，为了形成更稳定的乳液也可以将乳化剂加入到钻井液中。乳 化剂可以包括有机酸，包括但不局限于包含3-20个碳原子的单羧基链烷、链烯或链炔脂肪 酸，及其混合物。这组酸的例子包括硬脂酸、油酸、己酸、癸酸和丁酸。在一些实施方式中， 将会使用己二酸、脂族二羧酸中的一个。根据一些实施方式，合适的表面活性剂或乳化剂包 括脂肪酸钙盐和卵磷脂。在其它实施方式中，合适的表面活性剂或乳化剂包括氧化的松油、 聚氨化的脂肪酸和脂肪酸的部分酰胺。在一些实施方式中，杂环添加剂例如咪唑啉化合物可以用来调节钻井液的流动性 质。在其它的实施方式中，烷基吡啶可以用来调节钻井液的流动性质。用作乳化剂的工业可获得的胺化合物源自于烯类不饱和烃的环氧化，该烯类不饱 和烃带有通过加成到环氧基团上随后引入的N官能团。环氧化中间体组分与伯胺或仲胺反 应形成相应的烷醇胺，在这一点上有重大意义。在一些实施方式中，聚胺，尤其是相应的亚 烷基二胺类的低级聚胺，也适合用于环氧的开环。另一类适合作为乳化剂的亲油的胺化合物是氨基酰胺，其源自优选长链的羧酸和 多官能的，尤其是低级的，上述类型的胺。在一些实施方式中，至少一种胺官能团不是键合 成酰胺的形式，但剩余的部分作为潜在的形成盐的碱性的氨基。该碱性氨基，在其中他们作为仲胺或叔胺形成，可以包括羟烷基的取代基，尤其是，除了该分子的亲油部分以外包含最 多5个在一些实施方式中最多3个碳原子的低级羟烷基的取代基。根据一些实施方式，用于制备上述包括长链的亲油分子成分的加合物的合适的N 碱起始组分可以包括但不局限于单乙醇胺或二乙醇胺。在一些实施方式中，填料也经常用于填充到钻井液添加剂中以达到需要的密度。 在一些实施方式中，钻井液被填充到密度为约8-18磅每加仑或更大。合适的填料可以包括 重晶石、钛铁矿、碳酸钙、氧化铁和硫化铅。在一些实施方式中，使用商业上可买到的重晶石 作为填料。混入方法在一些实施方式中，钻井液的每桶液体可以包括大约1/4磅-大约15磅的钻井液 添加剂。在其它的实施方式中，钻井液的每桶液体可以包括大约1/4磅-大约10磅的钻井 液添加剂，还是在其它的实施方式中，钻井液的每桶液体可以包括大约1/4磅-大约5磅的 钻井液添加剂。如上所述，本领域技术人员将很容易知道那些附加的添加剂，例如增重剂、乳化 剂、润湿剂、增粘剂、防滤失剂和其它可以与根据本发明的组合一起使用的添加剂。除了调 节粘度和抗沉淀性质的流变添加剂以外的许多其它添加剂也可以用于该钻井液中，以便获 得需要的涂布性能，例如，例如抗沉淀剂和滤失预防添加剂。使用方法在一些实施方式中，可以将钻井液添加剂加入到钻井液中。在一些实施方式 中，可以将该钻井液添加剂与其它添加剂，例如Thixatrol Dff和Bentone 155,都来自 Elementis Specialties, 一起力口入至Ij钻井液中。在一些实施方式中，加入到钻井液中的钻井液添加剂的量约为0.25bbp_约 30bbp。在其它实施方式中，加入到钻井液中的钻井液添加剂的量约为5. Obbp-约15. Obbp0 在一些实施方式中，加入到钻井液中的钻井液添加剂的量约为0. 25bbp-约5bbp。在一些实施方式中，钻井液添加剂加入到钻井液中导致在整个温度范围内基本上 不变的流变曲线。钻井液的基本上不变的流变曲线可能与钻井液的粘度变化很小有关，因 为通常钻井液的温度被降低到在深水中钻探时提升装置中的温度。在一些实施方式中，在 温度约120° F-约40° F范围内，钻井液的高剪切速度的粘度变化小于约90%。在其它的 实施方式中，在温度约120° F-约40° F范围内，钻井液的高剪切速度的粘度变化小于约 85%。在一些实施方式中，在温度约120° F-约40° F范围内，钻井液的高剪切速度的粘 度变化小于约80%。在一些实施方式中，在温度约120° F-约40° F范围内，钻井液的高 剪切速度的粘度变化小于约75%。钻井液的粘度可以依据API RP 13B测量。在一些实施方式中，将钻井液添加剂加入到钻井液中，在温度大约300° F-大约 200° F范围内提供了基本上不变的流变曲线。在一些实施方式中，将钻井液添加剂加入到 钻井液中，在温度大约300° F-大约150° F范围内提供了基本上不变的流变曲线。在一 些实施方式中，将钻井液添加剂结合其它的钻井液添加剂一起加入到钻井液中，在温度大 约300° F-大约40° F范围内提供了基本上不变的流变曲线。在一些实施方式中，将钻井 液添加剂结合其它钻井液添加剂一起加入到钻井液中，在温度大约120° F-大约40° F范 围内提供了基本上不变的流变曲线。
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当钻井液具有至少约3的低剪切速度粘度时，钻井液显示出流变活性。在一些实 施方式中，当钻井液被加热到温度大于或等于约300° F随后冷却时，将钻井液添加剂加 入到钻井液中以保持钻井液的流变活性。在一些实施方式中，当钻井液被加热到温度大 于或等于约300° F随后冷却时，将钻井液添加剂加入到钻井液中以保持钻井液在低剪切 速度的流变活性，例如约6RPM。在一些实施方式中，当钻井液被加热到温度大于或等于约 300° F随后冷却时，将钻井液添加剂加入到钻井液中以保持钻井液在温度为约120° F-约 40° F范围内的流变活性。在一些实施方式中，向钻井液中加入本发明的钻井液添加剂比加入已知的钻井液 添加剂可以提供更高的温度稳定性。在一些实施方式中，本发明的钻井液添加剂提供的温 度稳定性的温度范围为约300° F-约40° F。在一些实施方式中，向钻井液中加入本发明 的钻井液添加剂提供的温度稳定性比加入已知的钻井液添加剂至少温度高50° F。在一些 实施方式中，包含本发明的钻井液添加剂的钻井液在高温下保持流变活性。在一些实施方 式中，包含本发明的钻井液添加剂的钻井液在温度大于或等于约300° F时保持流变活性。在一些实施方式中，根据本发明的钻井液比用足够的有机粘土配制的普通泥浆在 40° F时具有更低粘度，以提供在井底温度下的悬浮液。当用在钻探作业中时，根据本发明 的钻井液可以允许使用低动力泵将钻泥浆泵送通过长距离，因此降低沿洞的压力。结果，在 一些实施方式中，形成的滤失、断裂和损害都达到最小化。在一些实施方式中，根据本发明 的钻井液可以保持在更高的温度下更高水平的有机粘土所具有的典型的悬浮液的特性。当 泥浆在提升装置中冷却时，本发明对深水钻探特别有用处。使用根据本发明的钻井液添加 剂的泥浆与包含传统的流变添加剂的钻井液相比，降低了在提升装置中的粘度增加。实施例在以下的实施例中使用的钻井液的制备基于表1中的配方。表1钻井液的配方 所有液体的制备和检测都依据标准API RP 13B使用标准量杯和5轴Hamilton Beach通用混合器的泥浆制备指南。将制备的液体置于316不锈钢热时效池中。根据API RP 13B的程序热滚(hot roll)液体。将该池置于滚炉中，设置温度为150° F或300° F 持续16小时。取出该池并在装满冷水的水池中淬火，并将其冷却至室温(大约64° F-约 73° F)。流变性的测量值使用Farm型35流变仪分别在每次120° F和40° F热滚循环之 初和之后的值。记录每个API RP 13B程序的测量值。实施例1-现有技术将有机粘土 ΒΕΝΤ0ΝΕ 155 加入到基于合成油的反相乳化钻井液中，加入量为 2. Obbp和6. Oppb。含有机粘土的钻井液在不同剪切速度和温度下粘度测量值都列于表2 中。表2显示出当温度从120° F降为40° F时，在加入2bbp流变剂时，仅结合有机粘土 (BENT0NE155 )作为流变性改进剂的油基钻井液显示出高剪切速度(600rpm)粘度提高了 164. 7% (从34升到90)，当温度从120° F降为40° F时，在加入6bbp流变剂时，显示出 高剪切速度粘度提高了 203. 3% (从60升到182)。当温度从120° F降为40° F时，在加 入2bbp流变剂时，钻井液显示出低剪切速度(6rpm)粘度提高了 450% (从2升到11)，当 温度从120° F降为40° F时，在加入6bbp流变剂时，低剪切速度粘度提高了 233. 3% (从 12升到40)。表2 :BENTONE 155 浓度评价 实施例2-现有技术在油基钻井液中，结合2. Oppb BENTONE 155，含有 1. Oppb 的TfflXATROL
DW，其是反应产物B结合烷氧基化的烷基胺的实例。表3显示出具有添加剂的钻井液的粘 度测量值。根据API RP 13B的程序，钻井液在150° F和300° F下热滚，并随后冷却。记录在不同剪切速度和温度下的粘度测量值。表3显示出当粘度测量的温度从120° F降为 40° F时，钻井液的高剪切速度(600rpm)粘度提高了 85. 2% (从54升到100)。如表2中 所示，当粘度测量的温度从120° F降为40° F时，仅包含2ppbBENTONE 155的钻井 液的高剪切粘度提高了 164. 7% (从34升到90)。表3显示出，当温度从120 ° F降为40° F时，包含TfflXATROL 而和 BENTONE 155的钻井液的低剪切速度(6rmp)的粘度提高了 12. 5% (从8升到9)。如 表2中所示，当温度从120° F降为40° F时，仅包含2ppbBENTONE 155的钻井液的 低剪切速度的粘度提高了 450% (从2升到11)。表3显示出当热滚(HR)温度从150° F提高到300° F时，包含THIXATROL Dff和BENTONE 155的钻井液在120° F的低剪切速度的粘度降低了 87. 5% (从8降 到1)。表3 :DW 对粘度的影响温度曲线 实施例3通过使293讓01(12_15的烷氧基丙胺与145mmol的1，6_二异氰酰己烷进行反应来制 备反应产物A的实例，形成实施例的钻井液添加剂。在油基钻井液中含10. Oppb的实施例 的钻井液添加剂结合l.OppbTHIXATROL DW(反应产物B结合烷氧基化的烷基胺的实 例)和1. Oppb的BENTONE 155。根据API RP 13B的程序，钻井液在150° F和300° F 下热滚，并随后冷却。记录在不同剪切速度和温度下的粘度测量值。表4显示出当温度从 120° F降为40° F时，包含实施例的钻井液添加剂、丁HIXATROL DW和BENTONE 155的钻井液的高剪切速度(600rpm)的粘度提高了 83. 6% (从55升到101)。如表2中所 示，当温度从120° F降为40° F时，仅包含2,OppbBENTONE 155的钻井液的高剪切速度的粘度提高了 164. 7% (从34升到90)。表4显示出当温度从120° F降为40° F时，包含实施例的钻井液添加剂、 THIXATROL Dff和BENTONE 155的钻井液的低剪切速度(6rpm)的粘度提高 了 28.6% (从7升到9)。如表2中所示，当温度从120° F降为40 ° F时，仅包含 2.0ppbBENTONE 155的钻井液的高剪切速度的粘度提高了 450% (从2升到11)。当热滚温度从150° F增加到300 ° F时，与显示于表3中的使用2ppb的 BENTONE 155和Ippb的THIXATROL DW的钻井液的低剪切粘度降低87. 5%相比， 钻井液显示出低剪切速度的粘度在120° F时提高了 71. 4% (从7升到12)。此外，表4显示出，当热滚温度从150° F增加到300° F时，钻井泥浆在低剪切速 度(6rmp)时保持剪切活性。如表3所示，当热滚温度从150° F增加到300° F时，包含 2ppb的BENTONE 155和Ippb的丁HIXATROL DW的钻井泥浆在低剪切速度下没有 流变活性。表4 =Thixatrol DW .和实施例的钻井液添加剂对粘度的影响温度曲线 上文的描述和实施例仅用于阐述和解释本发明但并不意欲限制本发明。因为本领 域技术人员可以想到结合本发明的精神和实质的公开的实施方式的修改，本发明应该更宽 泛的解释包括全部的改变，其都在附加的权利要求和其等同方式的范围之内。
1权利要求
一种组合物，包括以下物质的混合物(a)胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(b)(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和(c)选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。
2.权利要求1的组合物，其中胺是醚胺。
3.权利要求1的组合物，其中反应产物(b)包括(1)具有两个或更多的胺官能团的聚 胺，(2)具有至少两个羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反应产物。
4.权利要求1的组合物，其中反应产物(b)包括(1)具有至少两个羧基部分的羧酸， (2)具有两个或更多的胺官能团的聚胺，(3)烷氧基化的烷基胺和(4)脂肪酸酰胺的反应产 物。
5.权利要求1的组合物，进一步包括有机粘土。
6.包括权利要求1的组合物的油基钻井液。
7.一种油基钻井液组合物，包括以下物质的混合物(a)胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(b)(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反 应产物，和(c)选自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。
8.权利要求7的钻井液，其中胺是醚胺。
9.权利要求7的钻井液，其中反应产物(b)包括(1)具有两个或更多的胺官能团的聚 胺，(2)具有至少两个羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反应产物。
10.权利要求7的钻井液，其中反应产物(b)包括(a)具有至少两个羧基部分的羧酸， (b)具有两个或更多的胺官能团的聚胺，(c)烷氧基化的烷基胺和(d)脂肪酸酰胺的反应产 物。
11.权利要求7的钻井液，进一步包括有机粘土。
12.权利要求7的钻井液，进一步包括一种或更多的乳化剂。
13.权利要求7的钻井液，其中当钻井液被加热到约300°F随后冷却到室温时，钻井 液在约120° F-约40° F的温度范围内在低剪切速度下保持流变活性。
14.权利要求7的钻井液，其中钻井液在约120°F-约40° F的温度范围内显示出基 本上不变的流变曲线。
15.权利要求7的钻井液，其中在约120°F-约40° F的温度范围内，钻井液在高剪切 速度下的粘度变化小于约90%。
16.一种组合物，其包括以下物质的混合物(a)乙胺和多官能异氰酸酯的反应产物，和(b)有机粘土。
17.包括胺和多官能异氰酸酯的反应产物的油基钻井液组合物。
18.权利要求17的钻井液，进一步包括有机粘土。
19.权利要求18的钻井液，进一步包括一种或更多的乳化剂。
20.权利要求17的钻井液，其中胺是醚胺。
21.权利要求17的钻井液，其中当钻井液被加热到约300°F随后冷却到室温时，钻井 液在约120° F-约40° F的温度范围内在低剪切速度下保持流变活性。
22.权利要求17的钻井液，其中钻井液在约120°F-约40° F的温度范围内显示出基 本上不变的流变曲线。
23.权利要求17的钻井液，其中在约120°F-约40° F的温度范围内，钻井液在高剪 切速度下的粘度变化小于约90%。
24.一种保持钻井液流变活性的方法，即所述钻井液被加热到约300° F随后冷却到室 温时，钻井液在约120° F-约40° F的温度范围内在低剪切速度下保持流变活性的方法， 包括向钻井液中加入钻井液添加剂，其中钻井液添加剂包括(a)胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(b)(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反 应产物，和(c)选自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。
25.权利要求24的方法，其中钻井液在约120°F-约40° F的温度范围内保持基本上 不变的流变曲线。
26.权利要求24的方法，其中在约120°F-约40° F的温度范围内，钻井液在高剪切 速度下的粘度变化小于约90%。
27.—种在约120° F-约40° F的温度范围内提供钻井液基本上不变的流变曲线的方 法，包括向钻井液中加入钻井液添加剂，其中钻井液添加剂包括(a)胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(b)(i)具有至少两个羧基部分的羧酸和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反 应产物，和(c)选自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化学制品。
28.权利要求27的方法，其中在约120°F-约40° F的温度范围内，钻井液在高剪切 速度下的粘度变化小于约90%。
29.权利要求27的方法，其中当钻井液被加热到约300°F随后冷却到室温时，钻井液 在约120° F-约40° F的温度范围内在低剪切速度下保持流变活性。
全文摘要
本发明提供一种组合物，以及其用作钻井液的添加剂，该组合物由胺和多官能异氰酸酯的反应产物，(i)至少具有两个羧基部分的羧酸、和(ii)具有两个或更多的胺官能团的聚胺的反应产物，和选自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺、(iii)及其混合物的化学制品的混合物组成。
文档编号C09K8/00GK101903489SQ200780101950
公开日2010年12月1日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者D·迪诺, J·汤普森, R·戈伊森 申请人:伊莱门蒂斯专业有限公司